[发明专利]操作碱金属氯化物电解池的方法

说明书

本发明涉及一种操作碱金属氯化物(alkali chloride)电解池的方法。更具体地说，本发明涉及一种保持高电流效率同时防止离子交换膜损坏的操作碱金属氯化物电解池的方法。

采用气体扩散阴极的离子交换膜法电解碱金属氯化物水溶液获得苛性碱的方法是已知的。这种方法是用电解池实现的，该电解池被离子交换膜(通常是阳离子交换膜)分隔成具有阳极并含碱金属氯化物水溶液的阳极室和具有阴极并含水或苛性碱水溶液的阴极室，其中由多孔体制成并提供含氧气体的气体扩散阴极用作产生阴极室中苛性碱的阴极。这种技术的优点在于在阴极上不会产生氢气，这样就大大地减小了所需的电解电压。

披露上述电解法的文献包括JP-A-54-97600(在此所用术语“JP-A”是指“未审定公开日本专利申请”)、JP-A-56-44784、JP-A-56-130482、JP-A-57-152479、JP-A-59-133386、JP-A-61-266591、JP-B-58-44156(在此所用术语“JP-B”是指“已审定日本专利公开”)、JP-B-58-49639、JP-B-60-9595和JP-B-61-20634。

从所披露的内容得知，对离子交换膜法进行电解的常规研究方向局限于制造气体扩散阴极或改进其性能的技术，而很少考虑到改进操作离子交换膜法所用的电解池的方法。为了有效地操作这种类型的电解池，重要的是建立这样的操作条件，使离子交换膜保持最佳状态。

在不使用气体扩散阴极的常规离子交换膜法进行的碱金属氯化物电解的过程中，电池被离子交换膜分隔成具有阳极的阳极室和具有阴极的阴极室，将碱金属氯化物水溶液送入阳极室，在其中产生氯气；将水或苛性碱稀水溶液送入阴极室，在其中产生苛性碱和氢气。阳极和阴极由透气和透液体的材料制成。阳极电解液(碱金属氯化物水溶液)和阴极电解液(苛性碱水溶液)从各电极的背面送入，在电极上产生的气体排放到各电极的背面。这样来构造电池，即阳极室和阴极室包含混合状态的气体和液体，使气体能产生搅拌液体的效果。结果，阳极室中的碱金属氯化物浓度和阴极室中苛性碱浓度基本上保持均匀。

含有气体扩散阴极的碱金属氯化物电解池的情况是不同的。就是说，各部分排列的顺序是具有阳极的阳极室、离子交换膜、苛性液室、气体扩散阴极和气室。将碱金属氯化物水溶液送入阳极室中，在其中放出氯气。在这方面，电解池结构与不使用气体扩散电极法所用的基本上相同。不同之处在于将含氧气体送入靠近气体扩散阴极但在与离子交换膜相反一侧的气室中，在离子交换膜和气体扩散阴极之间的苛性液室中产生苛性碱。在苛性液室中送入水或苛性碱的稀水溶液。

由于在气体扩散阴极上没有气体放出，故在苛性液室中的苛性碱水溶液中没有气体。因此，与不使用气体扩散阴极进行电解的情况相同，不会看到由所产生的气体搅拌苛性碱水溶液。结果苛性液室中的苛性碱浓度就会趋于不均匀。为了避免这种情况，采用循环苛性碱水溶液。

在常规的不含气体扩散阴极的电解系统中也已采用循环苛性碱水溶液。在这些系统中，排出的苛性碱的浓度为30-35重量％，而送入的苛性碱稀溶液的浓度低于上述范围几个百分数。

当将循环系统用于含气体扩散阴极的碱金属氯化物电解池时，苛性液室中的苛性碱浓度分布可在几个百分数内得到控制，在运行中是可接受的没有问题。然而，当长时间地继续这种操作时，电流效率会下降，因为离子交换膜损坏了。认为离子交换膜损坏的原因是由于在离子交换膜附近的苛性碱浓度明显提高。

因此，本发明的一个目的是提供一种操作含有气体扩散阴极的碱金属氯化物电解池以电解碱金属氯化物水溶液产生氯和苛性碱的方法，该方法可防止离子交换膜受损，从而长时间地保持高的电流效率。

本发明的其它目的和效果将从下述描述中看到。

本发明的发明人广泛地研究了在含有气体扩散阴极的电解池中电解碱金属氯化物水溶液来生产氯和苛性碱中防止离子交换膜受损的措施。结果他们发现所述目的可通过以给定流速或高于给定流速将苛性碱水溶液送入位于阳离子交换膜和气体扩散阴极之间的苛性液室中而得以实现。他们还发现通过控制苛性液室中苛性碱水溶液的流动可以使离子交换膜附近的苛性碱浓度保持在合适的范围，从而防止离子交换膜受损，结果就可以长时间地保持高的电流效率。

本发明提供下述操作碱金属氯化物电解池的方法：

(1)操作碱金属氯化物电解池的方法，包括：

提供包含气体扩散阴极和阳离子交换膜的碱金属氯化物电解池，所述气体扩散阴极和阳离子交换膜限定苛性液室；

以至少1厘米／秒钟的线速度使苛性碱水溶液在所述苛性液室中流动。